高效催化剂的合理设计依赖于对其构效关系和分子水平上反应机理的认识，而这种机理的理解可以通过对动态反应过程进行原位监测来获得。表面增强拉曼光谱(SERS)可以提供丰富的结构信息，具有超高的表面灵敏度，甚至可以达到单分子水平，这使其成为一种很有潜力的原位催化研究工具。然而，只有少数具有特定纳米结构的金属(如金、银、铜)能够产生较强的SERS效应。因此，利用SERS来研究过渡金属(如Pt、Pd、Ru等)和其他通常用于催化的非金属材料几乎是不可能的。此外，SERS也不能用于研究具有原子平面结构的单晶模型或实用的纳米催化剂。这些限制极大地阻碍了SERS在催化领域的应用，自从SERS被发现以来的40多年里，使得SERS难以成为催化领域广泛使用的技术。近日，厦门大学的李剑锋等人总结了自20世纪80年代以来，特别是在过去的十年中，他们小组为克服SERS材料和形貌的限制所做的大量努力。其中，利用核壳纳米结构作为SERS衬底的工作受到了特别的关注，因为它们可以显著增强拉曼光谱，并且在不同的催化材料上有广泛的应用。他们开发了不同的SERS催化方法，包括“borrowing”策略、壳分离纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)、SHINERS-卫星策略等，并重点介绍了它们的原理和应用。这些方法成功地克服了传统SERS长期存在的局限性，使得在模型单晶表面上的原位跟踪催化反应和实用纳米催化剂的研究成为可能。利用这些方法，他们系统地研究了一系列重要反应，如氧还原反应、析氢反应、电氧化、CO氧化和选择性氢化。而且，获得了其他传统技术难以检测到的关键中间体的直接光谱证据。结合密度泛函理论和其他原位技术，从分子水平揭示了这些催化反应的反应机理和构效关系。此外，他们也分析了SERS催化的未来发展方向，认为应该集中使用超高灵敏度和空间分辨率的技术在单分子，甚至单原子水平的原位动态研究，例如，单分子SERS或tip-enhanced拉曼光谱。综上所述，核-壳纳米结构增强的拉曼光谱被证明可以极大地促进SERS在催化中的应用，从单晶表面的模型系统到实用纳米催化剂，从液-固界面到气-固界面，从电催化到多相催化再到光催化。该工作有助于引起人们对催化中的SERS的越来越多的关注，并为催化研究开辟新的途径。

Hua Zhang; Sai Duan; Petar M. Radjenovic; Zhong-Qun Tian; Jian-Feng Li. Core–Shell Nanostructure-Enhanced Raman Spectroscopy for Surface Catalysis. Acc. Chem. Res., 2020.

DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00545

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00545